武 卓

（延安大學(xué) 西安創(chuàng)新學(xué)院，陜西 西安 710100）

本文主要研究方向是物聯(lián)網(wǎng)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用，相對(duì)于傳統(tǒng)以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心的家居系統(tǒng)，選用嵌入系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和傳輸控制協(xié)議 （Transmission Control Protocol，縮寫(xiě)為T(mén)CP），能夠有效應(yīng)用于對(duì)可靠性、體積、功能等方面有嚴(yán)格要求的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)溫度、光強(qiáng)度、濕度以及有害氣體檢驗(yàn)數(shù)據(jù)收集的全新智能感知傳感設(shè)備，借助紫蜜蜂短距離低速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的全自動(dòng)構(gòu)網(wǎng)功能，大幅提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋憬菪?。與此同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)技術(shù)、智能語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)以及視頻分析處理技術(shù)，促使家居系統(tǒng)人機(jī)交流能力有效提升，智能化特點(diǎn)更加明顯。此系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離人機(jī)交流完全打破短信息報(bào)警等一系列以GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)的通信方式，而是利用互聯(lián)網(wǎng)通訊，全面綜合聽(tīng)、看、說(shuō)以及遠(yuǎn)程控制于一身的立體化、動(dòng)態(tài)性交互方式。由于系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)的高效應(yīng)用，系統(tǒng)的安全性自然也就成為相關(guān)設(shè)計(jì)工作的最重要環(huán)節(jié)，因此在設(shè)計(jì)中融入高等級(jí)身份認(rèn)證機(jī)制、S型數(shù)據(jù)加密技術(shù)，以對(duì)智能家居系統(tǒng)形成高效防護(hù)，避免外界非法侵害對(duì)用戶(hù)造成生命財(cái)產(chǎn)損失。

一、基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的基本構(gòu)架

（一）智能家居系統(tǒng)的組成

智能家居系統(tǒng)利用電磁信號(hào)設(shè)備和鑲嵌式微型處理器形成緊密連接，將數(shù)據(jù)信息直接傳輸于MPU微處理器、安全檢測(cè)設(shè)備、感知設(shè)備以及遠(yuǎn)程人際交流環(huán)節(jié)，結(jié)合紫蜜蜂短距離低速網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，將自動(dòng)化調(diào)控、智能安全防護(hù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和遠(yuǎn)程遙控緊密結(jié)合為有機(jī)整體。

智能化家電的主要任務(wù)是為用戶(hù)提供便捷的使用功能以及相對(duì)于傳統(tǒng)家用電器更加舒適的居住環(huán)境，自行完成一部分耗時(shí)較長(zhǎng)的生活任務(wù)，如自動(dòng)蒸煮米飯、自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度、自動(dòng)洗衣等。安全防護(hù)檢測(cè)環(huán)節(jié)與感知設(shè)備配合處理家庭的安全防護(hù)工作，對(duì)可疑現(xiàn)象、移動(dòng)物體實(shí)時(shí)進(jìn)行照片拍攝和遠(yuǎn)紅外感應(yīng)，如果發(fā)現(xiàn)可疑性移動(dòng)物體將立刻傳送報(bào)警信號(hào)至用戶(hù)手機(jī)端和PC端，是確保家庭安全穩(wěn)定的重要內(nèi)容。遠(yuǎn)程人際交流利用家庭網(wǎng)絡(luò)和傳輸控制協(xié)議，確保用戶(hù)更加直接透明地了解家中實(shí)時(shí)狀態(tài)。

（二）智能家居系統(tǒng)運(yùn)行流程

現(xiàn)代智能家居系統(tǒng)利用家庭局域無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)使鑲嵌式系統(tǒng)和下層各種設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效連接，達(dá)到遠(yuǎn)距離控制、監(jiān)督下層設(shè)備的應(yīng)用效果。遵循傳輸控制協(xié)議，應(yīng)用紫蜜蜂自動(dòng)化短距離低速無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，使數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程更加穩(wěn)定安全。使用更加快捷、智能的傳感設(shè)備利用數(shù)據(jù)信息收集、分析、解讀處理，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地對(duì)家用電器的控制，實(shí)時(shí)掌握家用電器運(yùn)行情況，并且使用人員還能夠利用家庭網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器控制各種家用電器的ON/OFF。視頻收集可以利用移動(dòng)物體自動(dòng)抓拍功能，對(duì)可疑物體實(shí)施快速報(bào)警，以文字或語(yǔ)音提示的方式傳輸于用戶(hù)的智能移動(dòng)終端設(shè)備或個(gè)人計(jì)算機(jī)設(shè)備。

二、基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)硬件構(gòu)成

（一）物聯(lián)網(wǎng)智能家居感知部分的硬件構(gòu)成

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能感知部分構(gòu)成包括智能電氣與智能化感知兩個(gè)環(huán)節(jié)，該區(qū)域是整個(gè)系統(tǒng)的最前段設(shè)計(jì)。由于耗能較低、運(yùn)行成本較低以及信息傳送安全穩(wěn)定，并且延時(shí)極低的優(yōu)勢(shì)，紫蜜蜂短距離低速網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為該部分有效運(yùn)行的核心。系統(tǒng)選擇為CC5650處理芯片，確保紫蜜蜂模塊組網(wǎng)的有效性，并以CC5650處理芯片為核心節(jié)點(diǎn)，建立放射形網(wǎng)絡(luò)拓展結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)普遍應(yīng)用于室內(nèi)傳輸?shù)亩叹嚯x小型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。此外，如果家庭范圍較大，如別墅、洋樓等涉及多層或三百平方米以上的建筑，建議使用簇形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)所選用的放射形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將處理芯片作為核心節(jié)點(diǎn)，每一個(gè)感知區(qū)域以及各個(gè)家用電器作為系統(tǒng)分支，和處理芯片形成密切連接。運(yùn)用以上形式的連接方法，符合國(guó)家可持續(xù)發(fā)展理念、生態(tài)低碳環(huán)保理念，電能消耗相對(duì)傳統(tǒng)智能家居系統(tǒng)更低，并且可以有效降低感知模塊、終端家用電器與核心節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)。放射性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單便捷，有利于控制和管理工作的完成，全方位滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)信息傳輸過(guò)程中用戶(hù)的安全需求。

（二）物聯(lián)網(wǎng)智能家居人際交流和安全防護(hù)部分硬件構(gòu)成

安全防護(hù)部分和人際交流作為物聯(lián)網(wǎng)智能家居的重要組成環(huán)節(jié)，需要具有相應(yīng)的視頻采集功能，以此作為遠(yuǎn)紅外設(shè)備功能上的補(bǔ)充，以圖像感知技術(shù)為基礎(chǔ)，融入圖像處理技術(shù)，對(duì)非法入侵人員、可疑性移動(dòng)物體實(shí)施報(bào)警監(jiān)控。系統(tǒng)應(yīng)用1080*1920高清攝像頭進(jìn)行圖像收集，圖像經(jīng)過(guò)DA8856解碼器實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)督防護(hù)功能。與此同時(shí)，考慮到ARM9TDMI處理器對(duì)視頻圖像處理能力的不足，編碼部分選用MPEG5.0（Moving Picture Experts Group5.0，動(dòng)態(tài)圖像專(zhuān)家組）作為編碼執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，支持網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息穩(wěn)定安全的傳輸，并且能夠確保視頻傳輸效率和質(zhì)量，一般情況下家庭局域網(wǎng)絡(luò)不與外部因特網(wǎng)相連，繼而使用人員能夠隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)、控制，有效掌控家庭內(nèi)部動(dòng)態(tài)，這也就是我們所說(shuō)的人際交流功能，具體工作流程如圖1所示。

圖1 基于物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的安全防護(hù)檢測(cè)工作流程示意圖

三、物聯(lián)網(wǎng)在智能家居中的具體應(yīng)用策略以及相關(guān)注意事項(xiàng)

（一）傳感設(shè)備和微處理器的連接機(jī)制

現(xiàn)代以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐的智能家居，需要具備環(huán)保綠色低碳的基本屬性，在低電能消耗的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)家居向智能化家居轉(zhuǎn)化的跨時(shí)代革命。物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)每一個(gè)傳感元件均具有兩種狀態(tài)，即常規(guī)運(yùn)行狀態(tài)和停止運(yùn)行狀態(tài)。進(jìn)入運(yùn)行之間或者微型處理器接收到用戶(hù)方指令時(shí)，傳感設(shè)備節(jié)點(diǎn)將被喚醒，進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)，等待協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)CC5560進(jìn)行每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的數(shù)據(jù)收集，CC5560將收集到的數(shù)據(jù)利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)快速傳送至微處理器中，繼而傳感節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行周期由微處理器內(nèi)部時(shí)間鐘表控制。紫蜜蜂網(wǎng)絡(luò)的放射形拓展結(jié)構(gòu)，包含網(wǎng)絡(luò)源代碼、無(wú)線路由器以及傳感節(jié)點(diǎn)三個(gè)部分，應(yīng)用紫蜜蜂協(xié)議物理層和源代碼，能夠完成數(shù)據(jù)信息收集和傳輸。應(yīng)用ARM9TDMI處理器實(shí)現(xiàn)多任務(wù)操作，也就是多線程調(diào)控。將編寫(xiě)完成的電路部件程序、運(yùn)行程序輸入于微處理器當(dāng)中。除此之外，用戶(hù)計(jì)算機(jī)訪問(wèn)服務(wù)器和微處理器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交流的原理在于，對(duì)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的高效訪問(wèn)，系統(tǒng)方與用戶(hù)方快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀寫(xiě)功能，例如異常信號(hào)檢驗(yàn)完成報(bào)警功能等。

（二）網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器、移動(dòng)狀態(tài)捕捉和語(yǔ)音交流機(jī)制

1.系統(tǒng)網(wǎng)頁(yè)服務(wù)器運(yùn)行機(jī)制

完成iis（Internet Information Services）服務(wù)器的安全、ASP動(dòng)態(tài)服務(wù)器頁(yè)面（Active Server Pages）配置，繼而進(jìn)行遠(yuǎn)距離網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)構(gòu)建研究。此平臺(tái)融括網(wǎng)站首頁(yè)的四個(gè)組成，即登錄界面、影響部分、控制部分和家居情況實(shí)時(shí)反映部分。

圖1當(dāng)中的四個(gè)網(wǎng)頁(yè)類(lèi)文件均是以動(dòng)態(tài)服務(wù)器頁(yè)面的形式儲(chǔ)存，語(yǔ)言編寫(xiě)應(yīng)用VB教程（Visual Basic Script），以Access數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Microsoft Office Access）作為數(shù)據(jù)讀寫(xiě)載體，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)當(dāng)中融括用戶(hù)信息資料、用戶(hù)登記資料和家居情況記錄資料。用戶(hù)登錄部分需要包括ID填寫(xiě)、密碼填寫(xiě)和防介入驗(yàn)證碼填寫(xiě)三個(gè)環(huán)節(jié)，用戶(hù)通過(guò)身份驗(yàn)證才能登錄并進(jìn)入后臺(tái)家居控制部分，同時(shí)用戶(hù)的身份信息需要經(jīng)過(guò)S型算法加密，精準(zhǔn)備份于數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的用戶(hù)信息資料中，確保用戶(hù)登錄安全和系統(tǒng)的綜合安全性能，防止外部不法分子侵入。

2.移動(dòng)狀態(tài)捕捉和語(yǔ)音交流機(jī)制

在圖像處理技術(shù)方面，依照移動(dòng)物體基本屬性，在家居監(jiān)控圖像靜止時(shí)系統(tǒng)將自動(dòng)判定為安全狀態(tài)，一旦出現(xiàn)移動(dòng)物體圖像幀數(shù)將迅速上升，利用估計(jì)算法能夠快速捕捉畫(huà)面中的有效變化，系統(tǒng)依照具體閥值界限判定移動(dòng)現(xiàn)象的存在與否。如果存在移動(dòng)現(xiàn)象，微處理器將立刻傳出入侵警告，進(jìn)而完成以圖像處理技術(shù)為基礎(chǔ)的入侵檢測(cè)，對(duì)傳感系統(tǒng)存在的不足形成彌補(bǔ)作用。

對(duì)于語(yǔ)音交流功能方面，主要是用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行語(yǔ)音輸入，也就是通過(guò)說(shuō)話來(lái)完成控制家居的目的。在智能語(yǔ)音交流方面，該系統(tǒng)選用美國(guó)微軟公司的語(yǔ)言識(shí)別技術(shù)SAPI，融括兩種識(shí)別方式，即命令和文本識(shí)別，其主要差異是識(shí)別對(duì)象上的不同。文本識(shí)別利用對(duì)象范圍，具有全方位覆蓋屬性，同時(shí)對(duì)象范圍由SDK軟件工具開(kāi)發(fā)包（Software Development Kit）產(chǎn)出提供，適用于隨機(jī)聽(tīng)寫(xiě)情況，但識(shí)別效率相對(duì)較低；命令識(shí)別則需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員依照用戶(hù)具體需求進(jìn)行編寫(xiě)，用來(lái)定義SDK軟件工具開(kāi)發(fā)包需要確立的部分關(guān)鍵詞和對(duì)比詞匯。在SDK工具開(kāi)發(fā)包安裝方面，調(diào)用語(yǔ)音識(shí)別函數(shù)作為程序接受請(qǐng)求的識(shí)別事件傳達(dá)載體，其中自定義文件格式如下所示：

＜GARMMRA LNAGID="814"＞

＜DFEINE＞

＜IDNAME="CMD"VAL="15"http://＞

＜//DEFINE10＞

＜RULENAME="ACCturn on DUIT"ID="CMD"TOPLEVEL0.1.2.3...="ACTIVE"＞

＜L＞

＜P＞空調(diào)開(kāi)啟＜/P＞

＜/L＞

＜//RULE.＞

＜/GARMMAR＞

＜GRAMMARLANAID="814"＞

＜//DEFINE10＞

＜IDNAME="CMD"VALOFF="15"/＞

＜/DEFINE＞

＜RULENAME="ACCturn OFF"ID="CMD"TOPLEVEL="ACTIVE"＞

＜P＞

＜K＞空調(diào)關(guān)閉＜//P＞

＜/G＞

＜/RULE＞

＜/GARMMAR＞

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)階段以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為基礎(chǔ)的智能家居系統(tǒng)，作為當(dāng)下傳感網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用范圍內(nèi)的高水平應(yīng)用典范，正隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)、網(wǎng)絡(luò)科技水平的提高而不斷優(yōu)化完善，智能家居系統(tǒng)的功能性、穩(wěn)定性也將更加成熟。